D0I:10.13374/i.issnl001t03.2007.09.031 第29卷第9期 北京科技大学学报 Vol.29 No.9 2007年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep:2007 含铌钒钛微合金化钢连铸板坯中心偏析的影响因素 刘洋王新华张开钧 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083 摘要通过对连铸板坯生产检验的硫印数据库的统计分析，得到了含铌钒钛微合金化钢连铸板坯中心偏析的影响因素·结 果表明：中心偏析程度随钢水中C、P,S含量的增加而加重；Mn质量分数高于1.5%以及锰硫比高于300对改善中心偏析有 利：高钢水过热度、高拉速和增加铸坯宽度均不利于改善铸坯中心偏析·由于B级以下中心偏析对钢材使用性能影响不大，因 此在生产过程中为使铸坯B一1.0级以上中心偏析出现比率降至10%以下，提出如下控制策略：钢液中C,P,S含量尽量按钢 种要求的下限控制，Mn含量尽量按上限控制，实际生产中元素控制[C] 1.5%,[M]/[S]>300:过热度应小于24℃，拉速控制在1.0~1.1mmim-1为宜.应开发合适的二冷配水制度，并提高铸机 精度。 关键词连铸：板坯：中心偏析：微合金化钢 分类号TF777.1 铸坯中心偏析是恶化钢材均匀性、降低钢材使 厚度均为230mm. 用性能的主要原因之一，对于微合金化钢，如用于 2中心偏析的主要形貌 船板、桥梁、容器、海洋设施等微合金化中厚钢板，为 了保证韧性、Z向性能、焊接性能等，必须对铸坯中 本次统计的硫印数据库中含铌钒钛微合金化钢 心偏析进行严格控制：对于用于输油输气的管线钢 的化学成分（质量分数）：C0.043%~0.139%, 板，为保证其低温冲击韧性、抗应力腐蚀、抗HIC等 Si0.20%,Mn1.298%~1.532%,P0.009% 性能，生产管线钢时也必须对铸坯的中心偏析进行 0.018%,S0.001%~0.009%,Als<0.05%, 非常严格的控制.为此，本文对实际生产中近300 Nb0.021%~0.061%,V0.03%0.06%,Ti0.01%~ 多炉次微合金化钢连铸板坯生产检验的硫印数据库 0.021%.图1为正常生产的连铸板坯横断面厚度 进行大量统计分析，得到了中心偏析与工艺参数和 方向低倍组织照片，可以看到典型的板坯中心偏析 成分的关系，并提出相应的控制策略，对指导现场生 形貌.可见，中心偏析发生在板坯厚度中心位置处， 产有重要意义. 由某些易偏析元素在中心部位的偏聚造成 1研究方法 对现场正常生产条件下下线铸坯进行低倍和硫 印检验，检验的结果汇总存入数据库，本次统计研 究用微合金化钢连铸坯硫印数据库的样本总容量为 320,数据库中所有铸坯的中心偏析程度检验评级统 图1板坯低倍组织照片 一根据YB4002-91标准对照进行评级山.生产 Fig.I Photograph of macrostructure in a slab 中，此类微合金化钢种铸坯中心偏析在B类1,0级 别（包括B类1.0级）以上时会对成品轧材质量造成 3 中心偏析的影响因素 负面影响，认定为不合格铸坯.依据此要求，主要统 计B类1.0级及以上中心偏析的连铸坯与各个工艺 3.1化学成分的影响 参数之间的影响关系，生产此类钢种所有的连铸坯 3.1.1C的影响 通过对300多炉次正常生产的连铸板坯检验的 收稿日期：2006-05-03修回日期：2006-09-12 硫印数据库进行统计得到了含铌钒钛微合金化钢连 作者简介：刘洋1978-)，男，博士研究生：王新华(1951一)，男， 教授，博士生导师 铸板坯中心偏析与化学成分之间的关系，图2为B
含铌钒钛微合金化钢连铸板坯中心偏析的影响因素 刘 洋 王新华 张开钧 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 摘 要 通过对连铸板坯生产检验的硫印数据库的统计分析得到了含铌钒钛微合金化钢连铸板坯中心偏析的影响因素．结 果表明：中心偏析程度随钢水中 C、P、S 含量的增加而加重；Mn 质量分数高于1∙5％以及锰硫比高于300对改善中心偏析有 利；高钢水过热度、高拉速和增加铸坯宽度均不利于改善铸坯中心偏析．由于 B 级以下中心偏析对钢材使用性能影响不大因 此在生产过程中为使铸坯 B－1∙0级以上中心偏析出现比率降至10％以下提出如下控制策略：钢液中 C、P、S 含量尽量按钢 种要求的下限控制Mn 含量尽量按上限控制实际生产中元素控制 ［C ］ ＜0∙07％［P ］ ＜0∙01％［S ］ ＜0∙005％［ Mn ］ ＞ 1∙5％［ Mn］／［S ］＞300；过热度应小于24℃拉速控制在1∙0～1∙1m·min －1为宜．应开发合适的二冷配水制度并提高铸机 精度． 关键词 连铸；板坯；中心偏析；微合金化钢 分类号 TF777∙1 收稿日期：2006-05-03 修回日期：2006-09-12 作者简介：刘 洋（1978－）男博士研究生；王新华（1951－）男 教授博士生导师 铸坯中心偏析是恶化钢材均匀性、降低钢材使 用性能的主要原因之一．对于微合金化钢如用于 船板、桥梁、容器、海洋设施等微合金化中厚钢板为 了保证韧性、Z 向性能、焊接性能等必须对铸坯中 心偏析进行严格控制；对于用于输油输气的管线钢 板为保证其低温冲击韧性、抗应力腐蚀、抗 HIC 等 性能生产管线钢时也必须对铸坯的中心偏析进行 非常严格的控制．为此本文对实际生产中近300 多炉次微合金化钢连铸板坯生产检验的硫印数据库 进行大量统计分析得到了中心偏析与工艺参数和 成分的关系并提出相应的控制策略对指导现场生 产有重要意义． 1 研究方法 对现场正常生产条件下下线铸坯进行低倍和硫 印检验检验的结果汇总存入数据库．本次统计研 究用微合金化钢连铸坯硫印数据库的样本总容量为 320数据库中所有铸坯的中心偏析程度检验评级统 一根据 YB4002－91标准对照进行评级［1］．生产 中此类微合金化钢种铸坯中心偏析在 B 类1∙0级 别（包括B 类1∙0级）以上时会对成品轧材质量造成 负面影响认定为不合格铸坯．依据此要求主要统 计B 类1∙0级及以上中心偏析的连铸坯与各个工艺 参数之间的影响关系．生产此类钢种所有的连铸坯 厚度均为230mm． 2 中心偏析的主要形貌 本次统计的硫印数据库中含铌钒钛微合金化钢 的化学成分 （质量分数）：C 0∙043％ ～0∙139％ Si0∙20％Mn 1∙298％ ～1∙532％P 0∙009％ ～ 0∙018％S 0∙001％ ～0∙009％Als ＜ 0∙05％ Nb0∙021％～0∙061％V0∙03％～0∙06％Ti0∙01％～ 0∙021％．图1为正常生产的连铸板坯横断面厚度 方向低倍组织照片可以看到典型的板坯中心偏析 形貌．可见中心偏析发生在板坯厚度中心位置处 由某些易偏析元素在中心部位的偏聚造成． 图1 板坯低倍组织照片 Fig．1 Photograph of macrostructure in a slab 3 中心偏析的影响因素 3∙1 化学成分的影响 3∙1∙1 C 的影响 通过对300多炉次正常生产的连铸板坯检验的 硫印数据库进行统计得到了含铌钒钛微合金化钢连 铸板坯中心偏析与化学成分之间的关系．图2为 B 第29卷 第9期 2007年 9月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．9 Sep．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．09．031
第9期 刘洋等：含铌钒钛微合金化钢连铸板坯中心偏析的影响因素 ,897 类1.0级以上中心偏析出现比率与钢水C含量之 230mm,过热度为25℃，[S]为0.006%，冷却制度 间的关系，其中，拉速1.0mmin,铸坯尺寸1450 相同，可见，中心偏析程度随P含量的增加而逐渐 mm×230mm,过热度为25℃，冷却制度相同.此类 加重，Moore等认为，P对铸坯中心偏析的影响程 微合金化钢的C质量分数基本上小于0.1%，在此 度仅次于S而大于C和Mn,随着凝固过程的进行， 范围内随着C含量的增加由于凝固过程选分结晶 P在Y奥氏体中的扩散系数迅速降低[(1300℃时 的作用，中心偏析程度也逐渐加重；另外含碳0.1% 为10-7cm2s1,950℃时降为10-9cm2s-1),从而 的钢在6→y转变时体积收缩0.38%，凝固收缩导 阻碍了其在奥氏体中的均匀化，造成中心偏析 致钢水流动，造成中心偏析). 35 30 25 20 5 o 5 0.0090.0100.0110.0120.0130.0140.0150.016 ǒ.06 0.07 0.080.09 0.10 0.11 P质量分数% C质量分数/% 图4中心偏析与钢水P含量的关系 图2中心偏析与钢水C含量的关系 Fig.4 Relationship between center segregation and phosphorus con- Fig.2 Relationship between center segregation and carbon content tent 3.1.2S的影响 3.1.4Mn的影响 图3为中心偏析与钢水S含量的关系，其中， 图5为中心偏析与钢水中Mn含量的关系，其 拉速1.0mmin-1,铸坯尺寸1450mm×230mm,过 中，拉速1.0m·min-1,铸坯尺寸1450mm× 热度为25℃，0.01%≤[P]≤0.015%，冷却制度相 230mm,过热度为25℃，冷却制度相同，可见，Mn 同，可见，铸坯中心偏析程度随$含量增加而加重， 质量分数在1.25%~1.45%范围时，中心偏析B级 并且当S质量分数达到70×10-5时，铸坯不合格率 以上出现比率维持在20%~25%左右；当Mn含量 达到50%以上，$是钢液中最强的偏析元素，其在 达到1.5%左右时，铸坯中心偏析B级以上出现比 8Fe和铁液中的分配系数为0.02，并且S在Y奥氏 率迅速降至5%左右.由于Mn与S的亲和力大于 体中的扩散系数也远低于C等元素.因此，随着凝 Fe与S的亲和力，从而在凝固前沿富含溶质的液相 固过程的进行，$首先在树枝晶间富集，随后由于设 中Mn能将S以稳定的Mns形态沉积于晶柱内部 备精度的偏差导致枝晶间富集溶质的残余钢液被抽 而降低中心偏析，因此，控制Mn含量在1.5%以上 吸到铸坯中心形成严重的中心偏析3]， 对降低中心偏析程度是有利的. 60 的 25 40 20 30 o 10 0 0.003 0.004 0.0050.006 0.007 0.008 .25 1.30 1.351.40 1.45 1.50 S质量分数% Mn质量分数% 图3中心偏析与钢水$含量的关系 图5中心偏析与钢水中M血含量的关系 Fig.3 Relationship between center segregation and sulfur content Fig.5 Relationship between center segregation and manganese con- tent 3.1.3P的影响 图4为中心偏析与钢水中P含量的关系，其 3.1.5锰硫比的影响 中，拉速1.0m·min-,铸坯尺寸1450mm× 图6为中心偏析与锰硫比的关系，其中，拉速
类1∙0级以上中心偏析出现比率与钢水 C 含量之 间的关系．其中拉速1∙0m·min －1铸坯尺寸1450 mm×230mm过热度为25℃冷却制度相同．此类 微合金化钢的 C 质量分数基本上小于0∙1％在此 范围内随着 C 含量的增加由于凝固过程选分结晶 的作用中心偏析程度也逐渐加重；另外含碳0∙1％ 的钢在δ→γ转变时体积收缩0∙38％凝固收缩导 致钢水流动造成中心偏析［2］． 图2 中心偏析与钢水 C 含量的关系 Fig．2 Relationship between center segregation and carbon content 3∙1∙2 S 的影响 图3为中心偏析与钢水 S 含量的关系．其中 拉速1∙0m·min －1铸坯尺寸1450mm×230mm过 热度为25℃0∙01％≤［P ］≤0∙015％冷却制度相 同．可见铸坯中心偏析程度随 S 含量增加而加重 并且当 S 质量分数达到70×10－6时铸坯不合格率 达到50％以上．S 是钢液中最强的偏析元素其在 δ－Fe和铁液中的分配系数为0∙02并且 S 在 γ奥氏 体中的扩散系数也远低于 C 等元素．因此随着凝 固过程的进行S 首先在树枝晶间富集随后由于设 备精度的偏差导致枝晶间富集溶质的残余钢液被抽 吸到铸坯中心形成严重的中心偏析［3］． 图3 中心偏析与钢水 S 含量的关系 Fig．3 Relationship between center segregation and sulfur content 3∙1∙3 P 的影响 图4为中心偏析与钢水中 P 含量的关系．其 中拉 速 1∙0m ·min －1铸 坯 尺 寸 1450mm × 230mm过热度为25℃［S ］为0∙006％冷却制度 相同．可见中心偏析程度随 P 含量的增加而逐渐 加重．Moore 等［4］认为P 对铸坯中心偏析的影响程 度仅次于 S 而大于 C 和 Mn．随着凝固过程的进行 P 在 γ奥氏体中的扩散系数迅速降低［5］ （1300℃时 为10－7cm 2·s －1950℃时降为10－9cm 2·s －1）从而 阻碍了其在奥氏体中的均匀化造成中心偏析． 图4 中心偏析与钢水 P 含量的关系 Fig．4 Relationship between center segregation and phosphorus content 3∙1∙4 Mn 的影响 图5为中心偏析与钢水中 Mn 含量的关系．其 中拉 速 1∙0m ·min －1铸 坯 尺 寸 1450mm × 230mm过热度为25℃冷却制度相同．可见Mn 质量分数在1∙25％～1∙45％范围时中心偏析 B 级 以上出现比率维持在20％～25％左右；当 Mn 含量 达到1∙5％左右时铸坯中心偏析 B 级以上出现比 率迅速降至5％左右．由于 Mn 与 S 的亲和力大于 Fe 与 S 的亲和力从而在凝固前沿富含溶质的液相 中 Mn 能将 S 以稳定的 MnS 形态沉积于晶柱内部 而降低中心偏析．因此控制 Mn 含量在1∙5％以上 对降低中心偏析程度是有利的． 图5 中心偏析与钢水中 Mn 含量的关系 Fig．5 Relationship between center segregation and manganese content 3∙1∙5 锰硫比的影响 图6为中心偏析与锰硫比的关系．其中拉速 第9期 刘 洋等： 含铌钒钛微合金化钢连铸板坯中心偏析的影响因素 ·897·
.898 北京科技大学学报 第29卷 1.0mmin-1,铸坯尺寸1450mmX230mm,过热度 表明，改善中心偏析的最佳方式就是扩大凝固末端 为25℃，[Mn]≤1.5%，冷却制度相同.可见，铸坯 等轴晶区 中心偏析随锰硫比增加而降低，当锰硫比达到300 60 时，铸坯中心偏析B一1.0级以上出现比率降到10% 左右，原因与Mn的影响类似 40 ￥30 20 15 10 20 30 40 50 过热度/℃ 10 图8等轴晶率和过热度的关系 200 225 250 275 Fig.8 Relationship between the ratio of equiaxed crystal and the 300 锰硫质量比 superheat of liquid steel in tundish 图6中心偏析与锰硫比的关系 3.2.2拉速的影响 Fig.6 Relationship between center segregation and manganese-to- 图9为B类以上中心偏析出现的比率随拉速变 sulfur ratio 化的规律，由图可见，对该钢种，随拉速增大B级以 3.2工艺参数的影响 上中心偏析有加重的趋势，拉速V=1.0 3.2.1过热度的影响 1.1mmin时，B级以上中心偏析出现的比率为 图7为中心偏析与钢水过热度的关系，可见， 75%~72.6%,是拉速影响的临界点，高于此拉速 随过热度的增加，中心偏析明显加重，由图可知，控 值，铸坯质量低于平均水平，因此建议控制拉速在 制过热度△T≤24℃时，铸坯B级以上中心偏析可 1.0~1.1mmin1为佳.拉速对铸坯结构产生影 降低至10%以下 响[8]：拉速增加，液态钢在结晶器内停留的时间减 少，会导致转移钢液过热量所需的时间增加，推迟了 60 中心等轴晶的生成，有利柱状晶发展和轴向偏析：拉 速增加，铸坯坯壳厚度变薄，抵抗辊子变形的能力减 40 弱，更易引起鼓肚；同时随拉速增加，液相穴深度增 30 长，更易形成凝固桥，造成中心偏析·所以，应根据 4 钢种和浇注条件来选择合适的拉速 10 100 0 4 5 20 25 30 35 过热度/℃ 图7中心偏析与钢水过热度的关系 Fig-7 Relationship between center segregation and the superheat 60 of liquid steel in tundish 吃 研究表明，过热度越低，则铸坯断面上产生的等 407 0.8 0.91.01.11.2 1.3 轴晶区就越大，从而偏析所占面积就越小，经过大 拉速(mmin') 量试验、检查、统计，等轴晶率与过热度的关系如 图8所示[)，过热度低时，能提供大量的等轴晶核， 图9中心偏析与拉速的关系 Fig.9 Relationship between center segregation and casting speed 生成等轴晶网络，阻止凝固前期柱状晶的形成，并生 成由细小等轴晶粒组成的大面积等轴晶区，若过热 3.3设备的影响 度高，柱状晶区便扩大，甚至产生柱状晶搭桥现象， 图10为某检修日冷凝段开口度的检测值，其中 从而形成中心疏松或缩孔，随之产生严重的中心偏 标准值为铸机正常状态下开口度值.检测的二冷段 析因此，控制过热度在合理范围内，有利于提高等 位置是第10~14扇形段.可见，辊子两侧实际测定 轴晶率，进而减轻中心偏析.Watanable等的研究 的开口度值均大于设定的标准值
1∙0m·min －1铸坯尺寸1450mm×230mm过热度 为25℃［Mn］≤1∙5％冷却制度相同．可见铸坯 中心偏析随锰硫比增加而降低当锰硫比达到300 时铸坯中心偏析 B－1∙0级以上出现比率降到10％ 左右原因与 Mn 的影响类似． 图6 中心偏析与锰硫比的关系 Fig．6 Relationship between center segregation and manganese-tosulfur ratio 3∙2 工艺参数的影响 3∙2∙1 过热度的影响 图7为中心偏析与钢水过热度的关系．可见 随过热度的增加中心偏析明显加重．由图可知控 制过热度ΔT≤24℃时铸坯 B 级以上中心偏析可 降低至10％以下． 图7 中心偏析与钢水过热度的关系 Fig．7 Relationship between center segregation and the superheat of liquid steel in tundish 研究表明过热度越低则铸坯断面上产生的等 轴晶区就越大从而偏析所占面积就越小．经过大 量试验、检查、统计等轴晶率与过热度的关系如 图8所示［6］．过热度低时能提供大量的等轴晶核 生成等轴晶网络阻止凝固前期柱状晶的形成并生 成由细小等轴晶粒组成的大面积等轴晶区．若过热 度高柱状晶区便扩大甚至产生柱状晶搭桥现象 从而形成中心疏松或缩孔随之产生严重的中心偏 析．因此控制过热度在合理范围内有利于提高等 轴晶率进而减轻中心偏析．Watanable 等［7］的研究 表明改善中心偏析的最佳方式就是扩大凝固末端 等轴晶区． 图8 等轴晶率和过热度的关系 Fig．8 Relationship between the ratio of equiaxed crystal and the superheat of liquid steel in tundish 3∙2∙2 拉速的影响 图9为B 类以上中心偏析出现的比率随拉速变 化的规律．由图可见对该钢种随拉速增大 B 级以 上中 心 偏 析 有 加 重 的 趋 势．拉 速 V ＝1∙0～ 1∙1m·min －1时B 级以上中心偏析出现的比率为 75％～72∙6％是拉速影响的临界点高于此拉速 值铸坯质量低于平均水平．因此建议控制拉速在 1∙0～1∙1m·min －1为佳．拉速对铸坯结构产生影 响［8］：拉速增加液态钢在结晶器内停留的时间减 少会导致转移钢液过热量所需的时间增加推迟了 中心等轴晶的生成有利柱状晶发展和轴向偏析；拉 速增加铸坯坯壳厚度变薄抵抗辊子变形的能力减 弱更易引起鼓肚；同时随拉速增加液相穴深度增 长更易形成凝固桥造成中心偏析．所以应根据 钢种和浇注条件来选择合适的拉速． 图9 中心偏析与拉速的关系 Fig．9 Relationship between center segregation and casting speed 3∙3 设备的影响 图10为某检修日冷凝段开口度的检测值其中 标准值为铸机正常状态下开口度值．检测的二冷段 位置是第10～14扇形段．可见辊子两侧实际测定 的开口度值均大于设定的标准值． ·898· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第9期 刘洋等：含铌钒钛微合金化钢连铸板坯中心偏析的影响因素 .899 238 过程中，凝固壳鼓肚或凝固收缩引起富集溶质残余 237 液体流动而使局部溶质聚集的结果.鼓肚与辊间 236 235 距、辊子刚性、对中精度等有密切关系，鼓肚量与辊 间距的四次方成正比)，间距越大越容易鼓肚。另 234 233 ◆一标准值 外，为减轻鼓肚，辊子要保持良好的刚性，Shigeaki 一测定西 232 等]对辊子弯曲与铸坯中心偏析关系的研究表明： ★一测定东 230 辊子弯曲导致沿拉坯方向出现周期性的中心偏析， 11 12 二冷扇形段 若采用单辊则偏析尤其严重，因此辊子弯曲已成为 “标准值”表示铸机设定的标准值：“测定东”表示辊子东侧实际测 恶化铸坯中心偏析的一个主要因素，在实际生产中 定的开口度值：“测定西“表示棍子西侧实际测定口度值。 要防止辊子变形，对中精度要保持较高精度，同时缩 图10开口度变化 小辊间距，若条件允许应尽量采用多节辊 Fig.10 Change in aperture width 3.4铸坯宽度的影响 图13为中心偏析随铸坯宽度的变化.此类钢 计算出偏差，然后取辊子两侧开口度偏差的较 种铸坯宽度范围较大，从1000mm到1550mm,统 大值定义为开口度偏差值，如图11.其中，最小偏差 计的铸坯检验数据样本满足：过热度为25℃，拉速 值为1.4mm,最大达3.7mm,超出了国际上公认的 V=1.0mmin-1,[Mn]≤1.5%，[P]≤0.02%， 标准开口度偏差值士0.5mm以内 [S]≤0.008%，冷却制度相同. 40 36.36 30 2 20.69 20.83 20 10 9.09 11 12 13 018 0 0 0 二拎扇形段 1060128013301450 1510 1550 铸坯宽度mm 图11开口度偏差值 图13中心偏析随铸坯宽度的变化 Fig-11 Aperture width deviant Fig.13 Variation of center segregation with casting slab width 分析数据库可发现铸坯中心偏析程度随检修后 由图可见，随板坯宽度的增加中心偏析有加重 设备运行时间的变化规律如图12.可见，随铸机检 的趋势；并且当宽度达到1550mm时，偏析程度加 修后使用时间的推移，铸坯中心偏析逐渐严重，这可 剧，原因可能是由于在扇形段以及二冷喷嘴布置不 能因为辊子开口度偏离标准值以及对弧精度随设备 变的情况下随铸坯宽度的增加使同一喷嘴的冷却区 的运行而逐渐偏差，因而引起铸坯鼓肚导致的 延伸，导致在宽度方向上各个位置冷却强度产生较 研究认为，中心偏析的产生是由于铸坯在运行 大差异，从而使铸坯产生高低温区，边缘高温区最后 45 凝固，因而偏析严重，如果喷嘴的雾化效果不好或 者发生堵塞，则高低温区温差将更大，偏析也相应愈 丑30 严重.因此对大于1550mm的宽板坯，应调整喷嘴 位置及喷嘴数目，以确保板坯冷却均匀 4中心偏析的控制策略 △ 4.1钢液成分控制 50 100150200250 300350 设备检修后的运行时间小 为使铸坯B级以上中心偏析出现比率降至 10%以下，钢液中元素含量控制策略是C、S、P含量 图12中心偏析随时间的变化 尽量按钢种要求的下限控制，Mn尽量按上限控制 Fig.12 Change in center segregation with time 实际生产中元素含量控制参考如下：[C]<0.07%
图10 开口度变化 Fig．10 Change in aperture width 计算出偏差然后取辊子两侧开口度偏差的较 大值定义为开口度偏差值如图11．其中最小偏差 值为1∙4mm最大达3∙7mm超出了国际上公认的 标准开口度偏差值±0∙5mm以内． 图11 开口度偏差值 Fig．11 Aperture width deviant 图12 中心偏析随时间的变化 Fig．12 Change in center segregation with time 分析数据库可发现铸坯中心偏析程度随检修后 设备运行时间的变化规律如图12．可见随铸机检 修后使用时间的推移铸坯中心偏析逐渐严重这可 能因为辊子开口度偏离标准值以及对弧精度随设备 的运行而逐渐偏差因而引起铸坯鼓肚导致的． 研究认为中心偏析的产生是由于铸坯在运行 过程中凝固壳鼓肚或凝固收缩引起富集溶质残余 液体流动而使局部溶质聚集的结果．鼓肚与辊间 距、辊子刚性、对中精度等有密切关系．鼓肚量与辊 间距的四次方成正比［9］间距越大越容易鼓肚．另 外为减轻鼓肚辊子要保持良好的刚性．Shigeaki 等［10］对辊子弯曲与铸坯中心偏析关系的研究表明： 辊子弯曲导致沿拉坯方向出现周期性的中心偏析 若采用单辊则偏析尤其严重因此辊子弯曲已成为 恶化铸坯中心偏析的一个主要因素．在实际生产中 要防止辊子变形对中精度要保持较高精度同时缩 小辊间距若条件允许应尽量采用多节辊． 3∙4 铸坯宽度的影响 图13为中心偏析随铸坯宽度的变化．此类钢 种铸坯宽度范围较大从1000mm 到1550mm统 计的铸坯检验数据样本满足：过热度为25℃拉速 V ＝1∙0m·min －1［ Mn ］ ≤1∙5％［P ］ ≤0∙02％ ［S ］≤0∙008％冷却制度相同． 图13 中心偏析随铸坯宽度的变化 Fig．13 Variation of center segregation with casting slab width 由图可见随板坯宽度的增加中心偏析有加重 的趋势；并且当宽度达到1550mm 时偏析程度加 剧．原因可能是由于在扇形段以及二冷喷嘴布置不 变的情况下随铸坯宽度的增加使同一喷嘴的冷却区 延伸导致在宽度方向上各个位置冷却强度产生较 大差异从而使铸坯产生高低温区边缘高温区最后 凝固因而偏析严重．如果喷嘴的雾化效果不好或 者发生堵塞则高低温区温差将更大偏析也相应愈 严重．因此对大于1550mm 的宽板坯应调整喷嘴 位置及喷嘴数目以确保板坯冷却均匀． 4 中心偏析的控制策略 4∙1 钢液成分控制 为使铸坯 B 级以上中心偏析出现比率降至 10％以下钢液中元素含量控制策略是 C、S、P 含量 尽量按钢种要求的下限控制Mn 尽量按上限控制． 实际生产中元素含量控制参考如下：［C ］＜0∙07％ 第9期 刘 洋等： 含铌钒钛微合金化钢连铸板坯中心偏析的影响因素 ·899·
.900 北京科技大学学报 第29卷 [P]1.5%,[Mn]/ (2)高钢水过热度、高拉速和增加铸坯宽度均 [S]>300. 不利于改善铸坯中心偏析.过热度应小于24℃，拉 4.2工艺参数控制 速控制在1.0~1.1m'min-1. 过热度应小于24℃，拉速控制在1.0~ (③)板坯铸机辊道开口度偏差对铸坯中心偏析 1.1m'min-1为宜. 有较大的影响， 4.3铸机精度控制 (4)铸坯中心偏析程度随检修后铸机使用时间 研究表明，当铸机对弧精度不足以及随运行时 延长而加重，应加强铸机检修 间的推移开口度偏差将引起严重的中心偏析.因 参考文献 此，建议在实际生产中定期对铸机进行检修维护，保 [1]陈训浩.中心偏析原因、危害、评定及预防（上）·治金标准化 证开口度和对弧精度，开口度偏差严格控制在 与质量，1998(4)：12 土0.5mm之内 [2]胡会车，高钢级低碳低硫管线钢大生产冶金工艺研究[学位论 文]北京：北京科技大学，2002,54 4.4二冷配水制度 [3]Suzuki M.Nakada M.Formation mechanism of center segrega 因为随铸坯宽度的增加，中心偏析有加重的趋 tion in continuously cast steel slab and its improvement by soft 势，对于1550mm以上板坯应改变喷嘴布置位置， reduction'technique/∥2001年中国钢铁年会论文集.北京：中 国钢铁工业协会，2001：624 或对较宽的铸坯采用多个喷嘴布置，以增强铸坯宽 [4]曹广畴，连续铸钢用电磁搅拌译文集北京：冶金工业部钢铁研 度方向表面温度的均匀并且保证一定的冷却强度， 究总院，1988：53 另外，根据钢种高温延塑特性制定合理的二冷制度， [5]蔡开科.浇注与凝固.北京：冶金工业出版社，1987：124 [6]钱刚，阮小江，蔡燮鳌.连铸轴承钢大方坯中心偏析的成因及对 保证铸坯表面质量的同时尽量采用较强的冷却保证 策.钢铁，2002,37(5)：16 铸坯内冷却均匀· [7]Watanabe T,Yamada M.Yoshida Y,et al.Influence of soft re- duction with one piece rolls on center segregation in continuously 5 结论 cast slabs.ISIJ Int,1991,31:1400 [8]Etienne A.Influence of secondary cooling on bulging and internal (1)微合金化钢中心偏析程度随钢水中C、P、S quality of slabs.Metall Plant Technol.1987(5):34 含量的增加而加重，生产中成分要按下限控制：Mn [9]王雅贞，张岩，刘术国连续铸钢工艺及设备·北京：冶金工业出 版社，1999：229 质量分数高于1.5%以及锰硫比高于300对改善中 [10]OgibayashiS,Yamada M.Influence of roll bending on center 心偏析有利 segregation in continuously cast slabs.ISIJ Int,1991.31:1408 Influencing factors on center segregation in continuously cast NbV-Ti contained micro-alloying slabs LIU Yang,WANG Xinhua,ZHA NG Kaijun Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACI The factors which influence center segregation of continuously cast slabs were obtained through analyzing the database of sulphur print.It was indicated that center segregation became severer with the increas- ing contents of carbon,phosphorus and sulfur.Center segregation was reduced obviously if the content of man- ganese was higher than 1.5%and the ratio of manganese to sulfur was higher than 300.High degree of super- heat,high pulling rate and increasing slab width increased the degree of center segregation.Since center segre- gation below Class B had little effect on the properties of steel,in order to low the ratio of center segregation of Class B-1.0 down to 10%,several control strategies were presented as follows.The contents of carbon,phos- phorus and sulfur should be focalized in the lower range of steel grade demanded,but manganese upper operating range control.The referenced contents of the elements in molten steel are required as the following:[C] 0.07%.[P]300.The degree of superheat is lower than 24C and the pulling rate is defined to 1.1.1mmin.At the same time,a proper secondary cooling system of water distribution should be developed and the precision of continuous casters should be also improved. KEY WORDS continuous casting:slab:center segregation;microalloy steel
［P ］＜0∙01％［S ］＜0∙005％［Mn］＞1∙5％［Mn］／ ［S ］＞300． 4∙2 工艺参数控制 过热 度 应 小 于 24 ℃拉 速 控 制 在 1∙0～ 1∙1m·min －1为宜． 4∙3 铸机精度控制 研究表明当铸机对弧精度不足以及随运行时 间的推移开口度偏差将引起严重的中心偏析．因 此建议在实际生产中定期对铸机进行检修维护保 证开口度和对弧精度开口度偏差严格控制在 ±0∙5mm之内． 4∙4 二冷配水制度 因为随铸坯宽度的增加中心偏析有加重的趋 势对于1550mm 以上板坯应改变喷嘴布置位置 或对较宽的铸坯采用多个喷嘴布置以增强铸坯宽 度方向表面温度的均匀并且保证一定的冷却强度． 另外根据钢种高温延塑特性制定合理的二冷制度 保证铸坯表面质量的同时尽量采用较强的冷却保证 铸坯内冷却均匀． 5 结论 （1） 微合金化钢中心偏析程度随钢水中 C、P、S 含量的增加而加重生产中成分要按下限控制；Mn 质量分数高于1∙5％以及锰硫比高于300对改善中 心偏析有利． （2） 高钢水过热度、高拉速和增加铸坯宽度均 不利于改善铸坯中心偏析．过热度应小于24℃拉 速控制在1∙0～1∙1m·min －1． （3） 板坯铸机辊道开口度偏差对铸坯中心偏析 有较大的影响． （4） 铸坯中心偏析程度随检修后铸机使用时间 延长而加重应加强铸机检修． 参 考 文 献 ［1］ 陈训浩．中心偏析原因、危害、评定及预防（上）．冶金标准化 与质量1998（4）：12 ［2］ 胡会军．高钢级低碳低硫管线钢大生产冶金工艺研究［学位论 文］．北京：北京科技大学2002：54 ［3］ Suzuki MNakada M．Formation mechanism of center segregation in continuously cast steel slab and its improvement by ’soft reduction’technique∥2001年中国钢铁年会论文集．北京：中 国钢铁工业协会2001：624 ［4］ 曹广畴．连续铸钢用电磁搅拌译文集．北京：冶金工业部钢铁研 究总院1988：53 ［5］ 蔡开科．浇注与凝固．北京：冶金工业出版社1987：124 ［6］ 钱刚阮小江蔡燮鳌．连铸轴承钢大方坯中心偏析的成因及对 策．钢铁200237（5）：16 ［7］ Watanabe TYamada MYoshida Yet al．Influence of soft reduction with one-piece rolls on center segregation in continuously cast slabs．ISIJ Int199131：1400 ［8］ Etienne A．Influence of secondary cooling on bulging and internal quality of slabs．Metall Plant Technol1987（5）：34 ［9］ 王雅贞张岩刘术国．连续铸钢工艺及设备．北京：冶金工业出 版社1999：229 ［10］ Ogibayashi SYamada M．Influence of roll bending on center segregation in continuously cast slabs．ISIJ Int199131：1408 Influencing factors on center segregation in continuously cast Nb－V－Ti－contained micro-alloying slabs LIU Y angWA NG XinhuaZHA NG Kaijun Metallurgical and Ecological Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT The factors which influence center segregation of continuously cast slabs were obtained through analyzing the database of sulphur print．It was indicated that center segregation became severer with the increasing contents of carbonphosphorus and sulfur．Center segregation was reduced obviously if the content of manganese was higher than1∙5％ and the ratio of manganese to sulfur was higher than300．High degree of superheathigh pulling rate and increasing slab width increased the degree of center segregation．Since center segregation below Class B had little effect on the properties of steelin order to low the ratio of center segregation of Class B－1∙0down to10％several control strategies were presented as follows．The contents of carbonphosphorus and sulfur should be focalized in the lower range of steel grade demandedbut manganese upper operating range control．The referenced contents of the elements in molten steel are required as the following：［C ］ ＜ 0∙07％［P ］＜0∙01％［S ］＜0∙005％［Mn］＞1∙5％and ［Mn］／［S ］＞300．The degree of superheat is lower than24℃ and the pulling rate is defined to1∙0～1∙1m·min －1．At the same timea proper secondary cooling system of water distribution should be developed and the precision of continuous casters should be also improved． KEY WORDS continuous casting；slab；center segregation；microalloy steel ·900· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷